RU2331971C1 - Differential amplifier with extended rating of operation - Google Patents
Differential amplifier with extended rating of operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2331971C1 RU2331971C1 RU2007117846/09A RU2007117846A RU2331971C1 RU 2331971 C1 RU2331971 C1 RU 2331971C1 RU 2007117846/09 A RU2007117846/09 A RU 2007117846/09A RU 2007117846 A RU2007117846 A RU 2007117846A RU 2331971 C1 RU2331971 C1 RU 2331971C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- output
- current
- base
- collector
- Prior art date
Links
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, операционных усилителях (ОУ), компараторах).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for amplifying analog signals in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, operational amplifiers (op amps), comparators).
Известны схемы классических дифференциальных усилителей (ДУ) на n-p-n и p-n-p транзисторах [1-5] с отрицательной обратной связью по синфазному сигналу, которые стали основой многих серийных аналоговых микросхем. Предлагаемое изобретение относится к данному подклассу устройств.Known circuits of classical differential amplifiers (ДУ) on n-p-n and p-n-p transistors [1-5] with negative feedback on the common mode signal, which became the basis of many serial analog circuits. The present invention relates to this subclass of devices.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель, описанный в ав. свид. СССР № 1104648, содержащий входной дифференциальный каскад 1, эмиттерная цепь которого соединена с коллектором токостабилизирующего транзистора 2, источник напряжения смещения 3, соединенный с базой токостабилизирующего транзистора 2, первый токостабилизирующий двухполюсник 4, связанный с эмиттером токостабилизирующего транзистора 2, первым 5 и вторым 6 вспомогательными резисторами, второй 7 токостабилизирующий двухполюсник, соединенный с первым токовым выходом 8 входного дифференциального каскада 1 и первым выходным транзистором 9, третий токостабилизирующий двухполюсник 10, соединенный со вторым токовым выходом 11 входного дифференциального каскада 1 и базой второго выходного транзистора 12, причем коллектор второго выходного транзистора 12 соединен с первым 5 вспомогательным резистором, а коллектор первого выходного транзистора 9 соединен со вторым 6 вспомогательным резистором.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is a differential amplifier described in av. testimonial. USSR No. 1104648, containing the input
Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что он не обеспечивает большие выходные токи в нагрузке Rн - максимальное значение тока в Rн (Iн.max) не превышает статического уровня эмиттерного тока выходных транзисторов. Такой режим характерен для усилителей класса «А».A significant drawback of the known remote control is that it does not provide large output currents in the load R n - the maximum current value in R n (I n max ) does not exceed the static level of the emitter current of the output transistors. This mode is typical for class “A” amplifiers.
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в увеличении максимального уровня выходного тока дифференциального усилителя Iн.max в широком диапазоне изменения выходного напряжения.The main objective of the invention is to increase the maximum level of the output current of the differential amplifier I n.max in a wide range of changes in the output voltage.
Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем входной дифференциальный каскад 1, эмиттерная цепь которого соединена с коллектором токостабилизирующего транзистора 2, источник напряжения смещения 3, соединенный с базой токостабилизирующего транзистора 2, первый токостабилизирующий двухполюсник 4, связанный с эмиттером токостабилизирующего транзистора 2, первым 5 и вторым 6 вспомогательными резисторами, второй 7 токостабилизирующий двухполюсник, соединенный с первым токовым выходом 8 входного дифференциального каскада 1 и первым выходным транзистором 9, третий токостабилизирующий двухполюсник 10, соединенный со вторым токовым выходом 11 входного дифференциального каскада 1 и базой второго выходного транзистора 12, причем коллектор второго выходного транзистора 12 соединен с первым 5 вспомогательным резистором, а коллектор первого выходного транзистора 9 соединен со вторым 6 вспомогательным резистором, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены нелинейный дифференциальный ограничитель напряжения 13, дополнительное токовое зеркало 14, третий 15 и четвертый 16 дополнительные выходные транзисторы, входы нелинейного дифференциального ограничителя напряжения 13 связаны с коллекторами первого 9 и второго 12 выходных транзисторов, база третьего дополнительного выходного транзистора 15 подключена к базе второго выходного транзистора 12, база четвертого дополнительного выходного транзистора 16 подключена к базе первого выходного транзистора 9, коллектор третьего дополнительного выходного транзистора 15 соединен со входом дополнительного токового зеркала 14, а коллектор четвертого дополнительного выходного транзистора 16 соединен с выходом дифференциального усилителя 17 и выходом дополнительного токового зеркала 14.This goal is achieved by the fact that in the differential amplifier of Fig. 1, containing an input
Схема заявляемого устройства показана на фиг.2.A diagram of the inventive device is shown in figure 2.
На фиг.3, фиг.4 показаны частные варианты построения нелинейного дифференциального ограничителя напряжения 13.Figure 3, figure 4 shows private options for constructing a nonlinear
На фиг.5 показана схема известного ДУ в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а на фиг.6 - зависимость его выходного тока от входного напряжения.Figure 5 shows a diagram of a well-known remote control in the computer simulation environment PSpice on the models of integrated transistors of the Federal State Unitary Enterprise NPP Pulsar, and figure 6 shows the dependence of its output current on input voltage.
На фиг.7 показана схема заявляемого ДУ в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар» при выполнении нелинейного дифференциального ограничителя напряжения 13 в соответствии с п.2 формулы изобретения, а на фиг.8 - зависимость его выходного тока от входного напряжения.In Fig.7 shows a diagram of the claimed remote control in a computer simulation environment PSpice on models of integrated transistors of the Federal State Unitary Enterprise NPP Pulsar when performing a nonlinear
На фиг.9 показана схема заявляемого ДУ в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар» при выполнении нелинейного дифференциального ограничителя напряжения 13 в соответствии с п.3 формулы изобретения, а на фиг.10 - зависимость его выходного тока от входного напряжения.In Fig.9 shows a diagram of the claimed remote control in a computer simulation environment PSpice on the models of integrated transistors of the Federal State Unitary Enterprise NPP Pulsar when performing a nonlinear
Дифференциальный усилитель фиг.2 содержит входной дифференциальный каскад 1, эмиттерная цепь которого соединена с коллектором токостабилизирующего транзистора 2, источник напряжения смещения 3, соединенный с базой токостабилизирующего транзистора 2, первый токостабилизирующий двухполюсник 4, связанный с эмиттером токостабилизирующего транзистора 2, первым 5 и вторым 6 вспомогательными резисторами, второй 7 токостабилизирующий двухполюсник, соединенный с первым токовым выходом 8 входного дифференциального каскада 1 и первым выходным транзистором 9, третий токостабилизирующий двухполюсник 10, соединенный со вторым токовым выходом 11 входного дифференциального каскада 1 и базой второго выходного транзистора 12, причем коллектор второго выходного транзистора 12 соединен с первым 5 вспомогательным резистором, а коллектор первого выходного транзистора 9 соединен со вторым 6 вспомогательным резистором. В схему введены нелинейный дифференциальный ограничитель напряжения 13, дополнительное токовое зеркало 14, третий 15 и четвертый 16 дополнительные выходные транзисторы, входы нелинейного дифференциального ограничителя напряжения 13 связаны с коллекторами первого 9 и второго 12 выходных транзисторов, база третьего дополнительного выходного транзистора 15 подключена к базе второго выходного транзистора 12, база четвертого дополнительного выходного транзистора 16 подключена к базе первого выходного транзистора 9, коллектор третьего дополнительного выходного транзистора 15 соединен со входом дополнительного токового зеркала 14, а коллектор четвертого дополнительного выходного транзистора 16 соединен с выходом дифференциального усилителя 17 и выходом дополнительного токового зеркала 14.The differential amplifier of Fig. 2 contains an input
В частном случае (п.2 формулы изобретения) нелинейный дифференциальный ограничитель напряжения 13 содержит первый 18 и второй 19 вспомогательные транзисторы, коллекторы которых соединены с шиной напряжения питания, причем база первого вспомогательного транзистора 18 связана с первым входом дифференциального ограничителя напряжения 13 и эмиттером второго 19 вспомогательного транзистора, а база второго вспомогательного транзистора связана со вторым входом дифференциального ограничителя напряжения 13 и эмиттером первого вспомогательного транзистора 18.In the particular case (
В соответствии с п.3 формулы изобретения нелинейный дифференциальный ограничитель напряжения 13 может содержать первый 20 и второй 21 вспомогательные диоды, первые выводы которых связаны с источником напряжения смещения 22, причем вторые выводы вспомогательных диодов 20 и 21 соединены со входами нелинейного дифференциального ограничителя напряжения 13.In accordance with claim 3 of the claims, the nonlinear
Рассмотрим работу заявляемого ДУ фиг.2. В статическом режиме (при нулевом входном сигнале uвх=0) нелинейный дифференциальный ограничитель напряжения имеет высокое входное сопротивление относительно входов и практически не влияет на работу схемы. Небольшие положительные приращения uвх вызывают увеличение коллекторных токов транзисторов 12 и 15 и уменьшение на эту же величину коллекторных токов транзисторов 16 и 9. При этом сумма токов, протекающих через резисторы 5 и 6, не изменяется. Ток в нагрузке Rн как разность коллекторного тока транзистора 16 и выходного тока токового зеркала 14 изменяется пропорционально uвх. При малых uвх предлагаемый ДУ работает точно так же, как и ДУ-прототип (фиг.6).Consider the operation of the claimed remote control of figure 2. In static mode (with a zero input signal u in = 0), the nonlinear differential voltage limiter has a high input resistance relative to the inputs and practically does not affect the operation of the circuit. Small positive increments u I cause an increase in the collector currents of the
Дальнейшее увеличение входного напряжения uвх>0 приводит к переходу нелинейного дифференциального ограничителя напряжения в активный режим за счет увеличения падения напряжения на резисторе 6 и уменьшения напряжения на резисторе 5. В результате отрицательная обратная связь, стабилизирующая статический режим ДУ, выключается, что позволяет получить более высокие предельные значения токов в нагрузке Rн.A further increase in the input voltage u in > 0 leads to the transition of the nonlinear differential voltage limiter to the active mode due to an increase in the voltage drop across the
При реальных значениях параметров ток Iн. max измеряется десятками миллиампер, что (при одинаковых статических режимах) существенно превышает аналогичный параметр ДУ-прототипа (фиг.6).At real values of the parameters, the current I n. max is measured in tens of milliamps, which (with the same static modes) significantly exceeds the same parameter of the remote control prototype (Fig.6).
Полученные выше выводы подтверждаются результатами моделирования предлагаемой схемы в среде PSpice (фиг.8, фиг.10) - максимальный выходной ток ДУ в несколько десятков раз превышает максимальный выходной ток известного устройства и соответствующий статический ток выходных транзисторов. Такой режим характерен для усилителей класса АВ. Расширение диапазона изменения выходных токов ДУ без увеличения энергопотребления в статическом режиме позволяет увеличить быстродействие различных аналоговых устройств, работающих на емкостную нагрузку. Кроме этого, заявляемое устройство характеризуется предельно возможными значениями диапазона изменения выходного напряжения (от шины питания до шины питания), что характерно для усилителей класса rail-to-rail.The conclusions obtained above are confirmed by the simulation results of the proposed circuit in the PSpice environment (Fig. 8, Fig. 10) - the maximum output current of the remote control is several tens of times higher than the maximum output current of the known device and the corresponding static current of the output transistors. This mode is typical for class AB amplifiers. Expanding the range of variation of the output currents of the remote control without increasing power consumption in static mode allows you to increase the speed of various analog devices operating on capacitive load. In addition, the inventive device is characterized by the maximum possible values of the range of variation of the output voltage (from the power bus to the power bus), which is typical for amplifiers of the class rail-to-rail.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Патент США № 3.551.836.1. US patent No. 3.551.836.
2. Патент США № 3.959.733.2. US Patent No. 3.959.733.
3. Патент США № 4.050.030.3. US patent No. 4.050.030.
4. Патент США № 3.435.365, фиг.1.4. US patent No. 3.435.365, figure 1.
5. А.св. СССР № 1.104.648.5. A. St. USSR No. 1.104.648.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007117846/09A RU2331971C1 (en) | 2007-05-14 | 2007-05-14 | Differential amplifier with extended rating of operation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007117846/09A RU2331971C1 (en) | 2007-05-14 | 2007-05-14 | Differential amplifier with extended rating of operation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2331971C1 true RU2331971C1 (en) | 2008-08-20 |
Family
ID=39748158
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007117846/09A RU2331971C1 (en) | 2007-05-14 | 2007-05-14 | Differential amplifier with extended rating of operation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2331971C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2727704C1 (en) * | 2020-02-06 | 2020-07-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Composite transistor based on complementary field-effect transistors with control p-n junction |
RU2739577C1 (en) * | 2020-08-31 | 2020-12-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Differential operational amplifier on field-effect transistors with control p-n junction |
RU2770913C1 (en) * | 2021-10-06 | 2022-04-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Operational amplifier with low zero offset voltage on complementary field-effect transistors |
RU2770912C1 (en) * | 2021-10-06 | 2022-04-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Differential amplifier on arsenide-gallium field-effect transistors |
RU2786191C1 (en) * | 2022-09-19 | 2022-12-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Pull-pull buffer amplifier on complementary bipolar transistors |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3435365A (en) * | 1965-10-01 | 1969-03-25 | Ibm | Monolithically fabricated operational amplifier device with self-drive |
US3551836A (en) * | 1965-12-13 | 1970-12-29 | Ibm | Differential amplifier circuit adapted for monolithic fabrication |
US3959733A (en) * | 1975-02-12 | 1976-05-25 | National Semiconductor Corporation | Differential amplifier |
SU674199A1 (en) * | 1978-02-01 | 1979-07-15 | Ленинградский Ордена Ленина Электротехнический Институт Им.В.И.Ульянова (Ленина) | Differential amplifier |
-
2007
- 2007-05-14 RU RU2007117846/09A patent/RU2331971C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3435365A (en) * | 1965-10-01 | 1969-03-25 | Ibm | Monolithically fabricated operational amplifier device with self-drive |
US3551836A (en) * | 1965-12-13 | 1970-12-29 | Ibm | Differential amplifier circuit adapted for monolithic fabrication |
US3959733A (en) * | 1975-02-12 | 1976-05-25 | National Semiconductor Corporation | Differential amplifier |
SU674199A1 (en) * | 1978-02-01 | 1979-07-15 | Ленинградский Ордена Ленина Электротехнический Институт Им.В.И.Ульянова (Ленина) | Differential amplifier |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2727704C1 (en) * | 2020-02-06 | 2020-07-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Composite transistor based on complementary field-effect transistors with control p-n junction |
RU2739577C1 (en) * | 2020-08-31 | 2020-12-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Differential operational amplifier on field-effect transistors with control p-n junction |
RU2770913C1 (en) * | 2021-10-06 | 2022-04-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Operational amplifier with low zero offset voltage on complementary field-effect transistors |
RU2770912C1 (en) * | 2021-10-06 | 2022-04-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Differential amplifier on arsenide-gallium field-effect transistors |
RU2786941C1 (en) * | 2022-09-01 | 2022-12-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Differential cascade on complementary field-effect transistors |
RU2786191C1 (en) * | 2022-09-19 | 2022-12-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Pull-pull buffer amplifier on complementary bipolar transistors |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2331971C1 (en) | Differential amplifier with extended rating of operation | |
CN112684846A (en) | Error amplifier of low dropout regulator and low dropout regulator | |
RU2333593C1 (en) | Differential amplifier with wider active operation range | |
Torfifard et al. | A Power‐Efficient CMOS Adaptive Biasing Operational Transconductance Amplifier | |
RU2321160C1 (en) | Cascode differential amplifier with extended range of active operation | |
RU2439778C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2439780C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2446554C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2365028C1 (en) | Transistor high-frequency amplifier on common-base circuit | |
RU2331970C1 (en) | Differential amplifier of ab class | |
RU2411636C1 (en) | Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift | |
CN103138704A (en) | Voltage control variable resistor suitable for application of large-scale signals | |
RU2391769C1 (en) | Differential operating amplifier | |
CN109474171B (en) | Control circuit and power management chip | |
RU2475941C1 (en) | Differential amplifier with complementary input cascade | |
RU2390912C2 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2390911C2 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2374757C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2668983C1 (en) | Input stage of high-speed operational amplifier | |
RU2432665C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2284647C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2468503C1 (en) | Cascode amplifier | |
RU2416150C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2234797C1 (en) | Operational amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120515 |